메모리 반도체 0.5 nm까지 미세화 가능한 원리 찾아내

  • 2020-07-03
  • 신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

삼성전자의 삼성미래기술육성사업이 지원한 UNIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부 이준희 교수 연구팀이 차세대 메모리 반도체의 집적도를 1000배 이상 향상 시킬 수 있는 이론과 소재를 발표했다.



반도체 업계는 소자의 성능을 향상시키기 위해 미세화를 통해 단위 면적당 집적도를 높여 왔다. 그러나 데이터 저장을 위해서는 탄성으로 연결된 수천 개의 원자 집단인 ‘도메인’이 반드시 필요해 일정 수준 이하로 크기를 줄일 수 없는 제약사항이 있었다.

반도체 소자가 한계 수준 이하로 작아지면 정보를 저장하는 능력이 사라지는 ‘스케일링(Scaling)’ 이슈 현상이 발생하기 때문이다. 이렇게 되면 반도체의 기본 작동 원리인 0과 1을 제대로 구현할 수 없다.

원자간 탄성 작용을 상쇄시키는 물리 현상을 발견해

이준희 교수 연구팀은 ‘산화하프늄(HfO₂)’이라는 반도체 소재의 산소 원자에 전압을 가하면 원자간 탄성이 사라지는 물리 현상을 새롭게 발견하고 반도체에 적용해 저장 용량 한계를 돌파하는 데 성공했다.

이 현상을 적용하면 개별 원자를 제어할 수 있고 산소 원자 4개에 데이터(1bit) 저장이 가능해져 데이터 저장을 위해 수십 nm(나노미터) 크기의 도메인이 필요하다는 업계 통념을 뒤집었다.

산화하프늄은 현재 메모리 반도체 공정에서 흔히 사용하는 소재로 이 현상을 적용할 경우 스마트폰, 태블릿 등 다양한 제품의 메모리 성능을 한층 끌어 올릴 수 있어 산업계에 파급이 클 것으로 예상된다.

“개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술”

특히 연구팀은 이번 연구 결과를 적용하면 반도체 소형화시 저장 능력이 사라지는 문제점도 발생하지 않아 현재 10nm 수준에 멈춰 있는 반도체 공정을 0.5nm까지 미세화할 수 있어 메모리 집적도가 기존 대비 약 1000배 이상 향상될 것으로 예상했다.

이준희 교수는 “개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술”이라며 “이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 2019년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업 지원도 받아 수행됐다.

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  • [ 럭스익스프레스 2017-11-19 오전 4:51:19 ]

LG힘내세요!! 해마다 CES때마다 삼성과 LG덕에 어깨좀 폅니다. 혹시, 이번 CES2018때, 비행기표를 못구해서 LA에서 육로로 Las Vegas에 오셔야 한다면, 셔틀버스를 이용해 보세요. www.luxxpress.com 입니다.
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